TOMAS TIROLESAS

1. CRITERIOS DE DISEO - CONSTRUCCIN Y DISEO HIDRULICO DE TOMAS TIROLESAS

En general las obras de derivacin, tales como una toma tirolesa, captan caudales previamente determinados, para conducirlos a un sistema de riego. Las funciones que deben cumplir las obras de derivacin son:

1. La descarga de diseo previamente determinada debe poder ser captada an en periodos de baja descarga. En general deben captar un caudal aproximadamente constante para cualquier descarga del ro, constituyndose en un mecanismo de regulacin.

2. Deben operar adecuadamente durante crecidas, proporcionando seguridad a las estructuras, objetos y personas.

3. Debe separar el caudal slido del caudal lquido, evitando en lo posible el ingreso de material slido. En caso de que el material slido ingrese a la toma, ste debe ser eliminado fcilmente por el mismo flujo del agua.

Las tomas tirolesas representan la opcin ms adecuada para captar agua de los ros de montaa. Se sabe que la existencia de caudales slidos (sedimentos) y la presencia de crecidas violentas y repentinas son caractersticas propias de los ros de montaa, y que los caudales slidos se presentan en forma de suspensiones y de acarreos de fondo. Otro aspecto que conviene destacar de las tomas tirolesas es que su diseo presenta ciertas caractersticas que hacen a esta estructura ms ventajosa que una toma convencional. Estas ventajas son:

Las tomas tirolesas son adecuadas para captar agua en ros con rgimen torrencial.

La baja altura del azud, y la inclinacin y disposicin de las barras de la rejilla, permite que la carga del cauce y el material flotante pasen fcilmente sobre la rejilla, previniendo la obstruccin de la rejilla. Esta caracterstica evita la construccin de la compuerta de purga de la toma convencional, y por ende, se traduce en un ahorro econmico.

Garantiza una cantidad mnima de agua captada cuando la reja est obstruida por las piedras o ramas.

Ocupa una menor rea con relacin a un decantador de sedimentos.

Si bien el diseo de una toma tirolesa permite corregir algunos defectos de las tomas convencionales, las tomas tirolesas presentan tambin ciertas desventajas:

La reja se col mata con facilidad con el material flotante menudo del ro,

como hojas y hierbas.

Requiere una pendiente mnima para que funcione el desgravador.

Se produce un desgaste de la rejilla por el paso frecuente de material de arrastre.

Adems de lo indicado, los casos investigados ensean que se requiere tomar en cuenta otros aspectos ms, que son necesarios para el diseo y construccin de este tipo de obras. A estos aspectos se han denominado "criterios de diseo - construccin" y son presentados en este captulo, paralelamente se presenta el clculo hidrulico y algunos criterios de aquellos elementos de la toma tirolesa que se considera son los ms importantes. Tambin en este captulo hacemos referencia a los aspectos relacionados con los factores de riesgo y adaptabilidad de la obra a la capacidad de gestin que se debe considerados durante el diseo 1.1 ELECCIN DEL SITIO DE OBRA DE TOMA

La eleccin de la ubicacin de la obra de toma, tiene una importancia decisiva en el futuro funcionamiento y comportamiento de la estructura hidrulica, pero sta depende de las caractersticas topogrficas y necesidades de captacin de recursos hdricos, para satisfacer las necesidades fundamentalmente de agua potable y agua para riego. Para la seleccin del sitio de la obra de toma se debe considerar lo siguiente:

Pendiente De acuerdo a la bibliografa consultada y la propia experiencia de 20 aos en el diseo y la construccin de este tipo de obras, se ha podido constatar que estas estructuras han sido emplazadas en pendientes longitudinales del curso del ro del orden del 1 al 10 %. La medicin de las pendientes de los ros en tomas tirolesas muestra los siguientes resultados.

Cuadro N 1 Pendientes del ro en tomas investigadas

TOMA PENDIENTE % Toralapa Alta 5 Khora Tiquipaya 8 Millu Mayu 10 Laimia 5 Apote 9 Titiri 3

El funcionamiento de las tomas ha demostrado que las estructuras ubicadas en lechos de ros con pendientes del 5% funcionan adecuadamente, pues la carga de los sedimentos no es perjudicial. Mayores pendientes requieren de un tratamiento cuidadoso del perfil longitudinal del curso del ro o torrente, mediante la pendiente de compensacin. Las pendientes menores al 1 % no son adecuadas para este tipo de obras, debido a que los sedimentos finos entran fcilmente en el colector y pueden causar una fuerte sedimentacin delante del canal. Las posibilidades de lavado son ms difciles bajo estas circunstancias. En todas las tomas investigadas, la falta del anlisis del comportamiento y control de la pendiente por lo menos hasta los 100 m aguas abajo de la toma, y las obras para la disipacin de energa, son los problemas generalizados, que no han sido tomados en cuenta.

Caudal Slido del Ro El caudal slido es el volumen de sedimento transportado por un flujo, esto quiere decir la cantidad de sedimento en m3/m3 de agua. En el caso de que exista una alta concentracin de material slido en suspensin no es apropiada una toma tirolesa, tal es el caso de las cuencas del Khora Tiquipaya y de Apote, que tienen una gran cantidad de arrastre slido tanto de base como de suspensin, que se mueve constantemente en procesos de deposicin y erosin, aspecto que compromete el buen funcionamiento de la toma y pone en riesgo los muros encauzadores y los disipadores de energa con que cuenta la estructura de toma. Cuando en el caudal slido los sedimentos transportados son gruesos, generan abrasin, lo que influye directamente en la vida til de los diferentes componentes estructurales de la obra. Una baja concentracin de material slido es muy apropiada tal como ocurre en las tomas de Titiri, Laimia y Millu Mayu. Sin embargo, es necesario tener el control de la pendiente del torrente y el tratamiento de la cuenca,

que requiere de un anlisis econmico ya que las inversiones pueden ser considerables y de esta manera inviabilizar el proyecto.

Curso del Ro Este aspecto tiene mucha importancia a la hora de tomar la decisin de ubicar la obra de toma. En el caso de cursos de ro rectos, esto es muy favorable para el paso uniforme de agua por la rejilla, aspecto que ha sido tomado en cuenta en la mayora de los casos exceptuando las tomas de Toralapa Alta y Laimia. En el primer caso, debido a la existencia de un afloramiento rocoso y a pesar de estar ubicado en un tramo recto, este afloramiento tuvo un comportamiento de muro de deflexin, concentrando las aguas hacia la rejilla y socavando su estructura. En el segundo caso la toma est ubicada a pocos metros de la salida de una curva, donde se pudo percibir una concentracin del flujo en el lugar de la ubicacin de la rejilla, o sea en la margen derecha, aspecto que tambin ha influido en el colapso de la obra.

Transporte Slido de Fondo El transporte slido de fondo es la capacidad del agua de mover un dimetro caracterstico de sedimento, este transporte es condicin del ro en el que intervienen varios componentes, uno de ellos es el grado de estabilidad que presenta la cuenca donde se pueden generar aportes de sedimentos producto de los diferentes procesos erosivos que despus son transportados a travs de su lecho, adicionalmente a ello, las caractersticas geomorfolgicas, principalmente la pendiente, influirn en la capacidad de transporte de un flujo. Dentro de este aspecto se pueden diferenciar, transporte grueso, mediano y fino, en todo caso la condicin ms favorable es la situacin de transporte grueso (un aspecto negativo es el proceso de abrasin). Se considera apropiado el caso del transporte mediano, existiendo restricciones en el caso del transporte fino en funcin a las facilidades para su control. En las tomas estudiadas todas tienen un tipo de transporte mixto, esto quiere decir que es una mezcla entre transporte grueso, mediano y fino, en menor magnitud en las tomas que estn ubicadas en pendientes del orden del 5%, como ser la de Toralapa y Laimia, sea que existe una directa relacin con la pendiente del curso del torrente. La obra toma de Titiri tiene aguas claras debido a que su cuenca est bien protegida con vegetacin y el rea de captacin tiene un gran porcentaje de roca.

Terreno de Fundacin El tipo de material del terreno de fundacin es muy importante para la estabilidad de la toma. Se diferencian en general los tipos de control de basamento rocoso y el de lecho aluvial. El primer caso es apropiado para la ubicacin de la toma, siendo necesario adicionalmente un anlisis de riesgo de la cuenca. Las tomas de Laimia y Toralapa Alta estn ubicadas en un basamento rocoso, mientras que las de Apote, Khora Tiquipaya, Millu Mayu y Titiri se ubican en lechos aluviales de material

grueso, necesitando un manejo de cuenca y control del lecho del torrente.

Manejo de Cuenca Cuando uno ingresa a una cuenca desconocida, es preciso efectuar un relevamiento a nivel general de la misma, en lo posible con el apoyo de fotografas areas, con el fin de disponer de ideas generales sobre las caractersticas de la cuenca. Una vez efectuado este trabajo se deber realizar un diagnstico de la cuenca en diferentes direcciones, pero el que interesa a nuestra investigacin es el diagnstico biofsico, que consiste en identificar las zonas de intervencin prioritaria (zona con deslizamientos activos e inactivos y diferentes tipos de erosin activa potencial) sobre la base de un estudio de riesgos de erosin y degradacin de tierras donde se tiene que llegar a conocer:

Problemas de deterioro de la cuenca a travs de mapas zonificados.

Problemas erosivos de mayor relevancia, sobre la base del mapa de riesgos de erosin y degradacin de tierras, segn grados de riesgo.

Sobre este particular el Programa de Manejo Integral de Cuencas PROMIC, ha desarrollado una metodologa denominada "anlisis de ndices", que consiste en la asignacin de ciertos valores o pesos a las unidades espaciales de acuerdo al grado de riesgo que representa cada unidad, en base a los cuales se define la forma de intervencin. Estos aspectos no han sido considerados en forma particular en ninguna de las cuencas hidrogrficas que afectan a las tomas estudiadas, solo en el caso de las cuencas de Apote y Khora Tiquipaya existen estudios por parte del PROMIC, pero que no han tenido continuidad y no se han construido obras de control. El manejo integral de cuencas (MIC) debe ser analizado en base a la importancia y el impacto que tiene el proyecto en el rea de su implementacin, lo cual requiere de un anlisis de factibilidad econmica, de acuerdo a la importancia de los sistemas de riego. Los microsistemas con rea regada de 2 a 10 ha y los pequeos sistemas de riego con un rea de 10 a 100 ha, en general no requieren de un MIC. Los sistemas medianos con un rea de riego de 100 a 500 ha y los sistemas grandes mayores a 500 ha, deben incorporar en su presupuesto el estudio del MIC. Tomada la decisin sobre la ubicacin de la obra de toma en base a las necesidades de caudal de captacin y la topografa, se realiza el clculo de mximas crecidas para un tiempo de recurrencia de 100 aos, informacin con la cual se calcula la estabilidad del lecho del ro donde estar ubicada la toma. Un primer anlisis tiene que ver con el comportamiento del lecho del ro o torrente con la insercin de un azud en toda la seccin transversal, para determinar la

proteccin de la obra de toma y obras necesarias que garanticen su buen funcionamiento. Paralelamente a ello es necesario un diagnstico general del comportamiento de la cuenca y sus potenciales riesgos, realizar estudios para la determinacin del arrastre de sedimentos, su granulometra, investigar la conformacin y potencia del lecho del ro y la ubicacin del bed rock. 1.2 CRITERIOS DE DISEO HIDRULICO Los componentes de una toma tirolesa son: 1. Rejilla 2. Azud 3. Rampa 4. Canal de aproximacin 5. Galera 6. Canal colector 7. Canal de conduccin 8. Desarenador

Figura N 1. Partes de una Toma Tirolesa Corte

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1.2.1 Rejilla Normalmente la rejilla es ubicada en el tramo central del azud, con una inclinacin respecto a la horizontal entre 1: 2 y 1: 3, en la mayora de los casos como Khora Tiquipaya, Apote, Titiri y Toralapa Alta, tienen una inclinacin de 1 :2.5, con un buen funcionamiento en lo que respecta a su captacin. Tambin se puede utilizar taludes 1: 2 como en el caso de Millu Mayu, valores mayores a estos no es recomendable utilizar. La determinacin de la inclinacin de la rejilla es muy importante, debido a que esta decisin tiene que ver con las caractersticas del sedimento, ya que es necesario facilitar el paso de este material por la rejilla. Por lo que se ha podido observar, una inclinacin de rejilla de 22 es la ms aconsejable para las caractersticas de nuestros torrentes, es decir un talud de 1: 2.5. La bibliografa sugiere 20 de inclinacin y segn Bouvard se podra llegar de 30 hasta 40 para facilitar el paso de piedras. El apoyo de la rejilla debe tener un mnimo de 0.05 m. a cada lado. La rejilla est formada por barras de hierro cuya seccin transversal puede adoptar diferentes formas. Las ms comunes son las de seccin rectangular, o trapecial con la base mayor hacia arriba en forma de te, o rieles de ferrocarril, como se han utilizado en las tomas de Millu Mayu, Toralapa Alta y Laimia. En el caso de la toma de Titiri se han utilizado rieles decauville, en el Khora Tiquipaya y Apote se han utilizado

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barras de hierro. Por lo general los rieles de ferrocarril son las que han dado mejor resultado debido a que son muy resistentes al impacto de grandes pedrones y a la corrosin. El espaciamiento entre barras en los casos investigados vara de 0.05 a 0.12 m. En Laimia el espaciamiento es de 0.12 m, Titiri 0.10 m, Khora Tiquipaya y Apote 0.08 m, Millu Mayu y Toralapa Alta 0.05 m. Las referencias bibliogrficas sugieren de 0.02 a 0.06 m de separacin. De acuerdo al funcionamiento de las tomas observadas una abertura entre barras de 0.05 m tiene un buen funcionamiento, normalmente el porcentaje de la superficie que queda obstruida por la grava que se incrusta entre las rejas est en el orden del 15 al 20%. Por lo general existe un trabamiento de piedras que en algunos casos obstaculiza el ingreso del agua y adems son difciles de quitar, para ello es mejor utilizar rieles decauville que tienen la parte superior redondeada, para as evitar la traba de las piedras, este tipo de barras se dise para la toma de Titiri. Cuando se utilizan rieles normales de ferrocarril se debe colocar con la parte ms angosta en la parte superior. Las barras se sujetan en sus bordes a un marco. Si la longitud es grande se colocan perfiles o arriostres intermedios de apoyo. Desde el punto de vista prctico es aconsejable que el ancho de la rejilla no supere 1.25 m, por lo que s se requiere captar mayor caudal, ser necesario ampliar el largo de la rejilla transversalmente al ro. Diseo hidrulico El criterio para clasificar el tipo de flujo que ocurrir en un canal abierto es el nmero de Fraude, que se define como:

Donde: V = velocidad caracterstica del flujo D = tirante hidrulico, definido como el rea hidrulica A dividida por el ancho T de

la superficie del agua. g = aceleracin de la gravedad. = coeficiente de aceleracin en flujo libre. Si F es menor a 1 el flujo es subcrtico Si F es mayor a 1 el flujo es supercrtico

Figura N 3 Condiciones de Flujo

a) Caso 1

b) Caso 2

Subcritico Supercritico Yc

Supercritico Subcritico Yc

Subcritico Supercritico

c) Caso 3

Flujo Subcrtico El flujo subcrtico (caso 1) se presenta cuando la pendiente de la solera es suave o cuando existe un control aguas abajo. Sin embargo, conviene destacar que en la prctica las tomas tirolesas se disean generalmente sin control aguas abajo. Flujo Supercrtico con Pendiente Suave Con referencia al caso 2, el flujo en el canal de aproximacin es subcrtico. La entrada a la rejilla representa una cada, en esta situacin, se debe producir el tirante crtico prximo a la entrada. A partir del tirante crtico hacia aguas abajo (sobre la rejilla) se desarrolla flujo supercrtico. Al comportamiento del flujo descrito, se lo clasifica como flujo supercrtico con pendiente suave. Flujo Supercrtico con Pendiente Fuerte El flujo supercrtico con pendiente fuerte caso 3, se desarrolla cuando la toma se encuentra al nivel del lecho del ro y la pendiente es fuerte o cuando existe control aguas arriba. Resalto Hidrulico Cuando el flujo es supercrtico, se debe producir un resalto hidrulico para que el flujo alcance la profundidad normal correspondiente al caudal. El resalto por lo general se produce aguas abajo de la toma de fondo. Tambin el resalto puede producirse debido a la existencia de una seccin de control aguas abajo de la torna tirolesa (como ser un cambio de pendiente en la solera que obligue a un cambio en el flujo) Desde un punto de vista prctico el resalto es indeseable sobre la rejilla y es recomendable evitarlo en el diseo. Bakhmeteff y Boussinesq8 demostraron que la entrada de agua ocurre con tirante crtico

Donde: H0 = Energa especfica (m) h1 = dc = Tirante crtico (m) 8 Diseo Hidrulico Sviatoslav Krochin

La altura inicial del agua h1, es corregida por un factor de correccin (x), de acuerdo a la inclinacin de la rejilla, que para nuestras condiciones es de 22, siendo la frmula la siguiente:

Donde: h1 = Nivel mnimo de agua en el ro en estiaje (m) X = Factor de correccin de la altura de carga Tabla N 1. Factor de Correccin de Altura de Carga por Inclinacin de Rejilla

Angulo X Angulo X

0 1.000 14 0.879 2 0.980 16 0.865 4 0.961 18 0.851 6 0.944 20 0.837 8 0.927 22 0.825 10 0.910 24 0.812 12 0.894 26 0.800

Determinando el caudal de diseo Qd, se determina la longitud de la rejilla (L) que en la prctica no es aconsejable que pase 1.25 m y con este valor se puede obtener el ancho (B) de la toma tirolesa. Clculo del coeficiente de rejilla9

Donde: a = Espaciamiento entre las barras (m) d = Distancia entre ejes de las barras (m) = Inclinacin de la rejilla en grados Clculo del coeficiente k, que reduce el rea total con el rea efectiva disponible:

Donde: f = Porcentaje de obstruccin de rejas valor comprendido entre 15 a 30% s = Espaciamiento entre barrotes (m) t = Ancho de barrote (m) Clculo del derrame por la rejilla en funcin al ancho B y la longitud L de la rejilla

Donde: Qd = Caudal de derivacin m3/s h = Altura inicial del agua en (m) L = Longitud de la rejilla en (m) B = Ancho de la rejilla transversal al ro (m) Despejando la ecuacin se calcula el ancho de la toma tirolesa:

1.2.2 Galera La galera tiene por funcin colectar y transportar el caudal que pasa a travs de la rejilla, as como el material slido que logra pasar a travs de ella. Con este objeto, la seccin transversal de la galera es de tipo trapezoidal, que debe ser dimensionada para evacuar el caudal mximo que ingresa por las rejillas. Es recomendable que la velocidad inicial del agua sea de 1.0 mis al inicio de la galera y de 2.0 a 3.0 mis a la salida, para garantizar que las piedras y arenas que han pasado por la rejilla sean evacuadas hacia el desarenador. Este aspecto ha sido tomado en cuenta en todas las tomas investigadas. Clculo de la Galera. El flujo de agua en la galera que queda bajo la rejilla es un flujo con caudal variable. La longitud total B de la galera se divide en partes iguales y el caudal en cada punto se determina por la frmula:

Donde: x = Distancia desde el comienzo de la galera (m) Con el objeto de que el material de arrastre que pasa la rejilla pueda ser evacuado, debe cumplir la siguiente condicin:

Para que esta condicin se cumpla se debe asumir como velocidad inicial al inicio de la galera de 1.0 m/s y al final de 2.0 a 3.0 m/s 11. 11 Mtodo de Zamarin La velocidad en cada punto se determina con la frmula

Por lo tanto la relacin entre el caudal y la velocidad determina el rea y con la cual se determina el tirante necesario para cada punto de la galera. Se asume que toda la energa del agua que cae a travs de la rejilla se disipa en la mezcla turbulenta que se encuentra en la galera, es por ello que el coeficiente de Manning se toma alto, de 0.035 a 0.045, para tomar en cuenta las prdidas adicionales que se producen por el flujo espiral y altamente turbulento en la galera. Con la ecuacin de Bernoulli se determina las cotas de fondo de la galera.

1.2.3 Azud Las aguas se vierten por encima del azud construido en el lecho del ro. El azud debe tener en lo posible un perfil hidrodinmica con la finalidad de aumentar el coeficiente de descarga, y, como consecuencia reducir el rea de la rejilla. El perfil hidrodinmica usualmente se disea con coordenadas asimiladas al perfil Creager, o una cada inclinada, aspecto que fue tomado en cuenta en la totalidad de las obras investigadas.

La altura libre del azud es pequea, pudiendo oscilar entre 0.2 m a 0.5 m como en los casos de las tomas de Millu Mayu y Toralapa Alta, hasta llegar a hacerse cero en la parte aguas arriba, como en el caso del Khora Tiquipaya. La estructura del azud debe conformar un solo cuerpo con la rejilla, para lograr un rgimen supercrtico en el flujo del agua, lo cual permite captar cualquier descarga del ro. Esto tambin permite que las piedras pasen fcilmente por encima del azud, con lo cual se suprime la costosa compuerta de purga. En el apndice sobre la rejilla se present un anlisis del tipo de rgimen que se da de acuerdo a la posicin de la rejilla y el azud. Clculo de Estabilidad La estabilidad de un azud o una presa vertedora debe ser analizada y estudiada desde tres puntos de vista:

1. Estabilidad contra el volcamiento 2. Estabilidad contra el deslizamiento 3. Estabilidad contra los asentamientos diferenciales

En el caso de tomas tirolesas, en general se analizan los dos primeros casos, ya que el tercer caso solo se analiza cuando el suelo de sustentacin tiene poca resistencia. En el caso de las zonas de estudio de Bolivia, la capacidad portante de los lechos aluviales en general es mayor a 1 kg/cm2. Deslizamiento Se calcula la carga horizontal del agua y la carga vertical del agua ms el concreto, este peso actuando sobre el terreno con un coeficiente de friccin provoca una fuerza que se opone a la carga horizontal. Por lo tanto cuando hay seguridad contra el deslizamiento es cuando las fuerzas verticales son mayores a las fuerzas horizontales, por lo que el factor de seguridad contra el deslizamiento es:

Volcamiento Se toma la sumatoria del momento total del volcamiento (MV) y se lo compara con el momento total resistente (MR). El factor de seguridad contra el volteo es:

Clculo de la profundidad de Socavacin Un parmetro importante de clculo para cualquier obra, ubicada en un ro es el clculo de la profundidad de socavacin, ara ello existen varios mtodos, uno de ellos es la frmula emprica de Lacey

Donde: R: es la profundidad de socavacin en m Q: caudal de mximas crecidas para un periodo de retorno determinado en m/s f: factor de Lacey de sedimento

dm es el dimetro 50 del material de fondo en mm, que se obtiene de la curva granulomtrica

El mtodo ms utilizado para el clculo de la profundidad de socavacin, es el sugerido por Neil, para ello se define la profundidad del flujo en base al caudal de escurrimiento. Con la informacin del d50 (the representative grain size of the bed material d50) de la curva granulomtrica y la profundidad del flujo se entra al diagrama de Neil12, para determinar el componente de velocidad del movimiento del lecho del ro. 12 Publicacin Sediment Transport Tecnology 1.2.4 Componentes Complementarios Entre los componentes complementarios y necesarios para el funcionamiento de la obra estn: Cmara de Control Con el objeto de dar mantenimiento y realizar la limpieza de la galera es necesario construir una cmara de control a la salida de la galera, de dimensiones mnimas de 1.0 m de ancho, repartidos a 0.5 m a cada lado de la galera y 1.5 m de largo, espacio

en el cual una persona con herramienta pueda moverse sin dificultad, para realizar la limpieza respectiva. Este tipo de facilidad solo existe en la toma del Khora Tiquipaya. En las dems tomas existen serios problemas para realizar la limpieza de la toma. Muro Gua El muro gua tiene la funcin de evitar que en la zona de choque del chorro de agua sea desviado muy fuertemente, logrando de esa manera mantener gran parte de la energa cintica. Por otra parte evita las salpicaduras que podran originarse. En el caso de las obras investigadas, en su totalidad, exceptuando la toma de Titiri, han tenido problemas de socava miento basal y en muchos casos han colapsado, tal el caso de Toralapa Alta. Esta situacin sucede debido a que no existen estructuras de control y correccin de torrentes. Canal Colector Es el canal que recibe las aguas de la galera y las lleva al desarenador, su longitud depende de las condiciones topogrficas, en el caso de las tomas del Khora Tiquipaya y Apote, los desarenadores estn a pocos metros de la galera, en los casos de Millu Mayu, Toralapa Alta, laimia y Titiri, existe un promedio de 25 m de longitud de canal colector. Este canal debe mantener las velocidades mayores o iguales a 2.0 m/s, para poder arrastrar los sedimentos al desarenador. Como un criterio de diseo a adaptarse, la longitud del canal colector debe tender a ser lo ms corto posible, debido a que por el arrastre de sedimentos la solera sufre un desgaste prematuro, sin embargo, todo depende de las condiciones topogrficas. En algunos casos, parte del canal colector se halla al interior del azud macizo, es decir en el tramo sin rejilla. Desarenador Est ubicado entre el canal colector y el canal de aduccin y tiene la funcin de retener y evacuar todos los sedimentos que ingresan por la obra de toma. Es importante tomar en cuenta el dimetro de las partculas que son arrastradas hacia el desarenador, que dependen directamente de las aberturas de la rejilla, las cuales estn en el orden de 0.05 a 0.10 m, pudiendo ingresar a partir de estos tamaos toda la gama de azolves que contiene el ro. Los desarenadores de Laimia, Millu Mayu, Toralapa Alta y Titiri son muy parecidos en su concepcin, que a partir del canal de aproximacin tienen una zona de transicin con un ngulo de 12 a 15 aproximadamente para luego entrar a la cmara de sedimentacin y al final de sta existe un desfogue con compuerta de control, en general estas obras tienen un adecuado funcionamiento. El desarenador de Apote entra directamente a la cmara de sedimentacin sin una transicin, en esta obra se ha podido notar que parte de los sedimentos se quedan al principio de la cmara, lo cual

dificulta su evacuacin. El desarenador de la toma de Khora Tiquipaya es diferente a los anteriores, est basado en el concepto de continuar con una velocidad continua del canal de aproximacin para ser evacuada directamente por el desfogue y los azolves en suspensin son evacuados por un vertedero lateral. 1.3 FACTORES DE RIESGO Crecidas Muy poco se ha podido investigar sobre los clculo efectuados para la determinacin de mximas crecidas y sus tiempos de recurrencia, so en los casos de Millu Mayu, Khora Tiquipaya y Titiri, se tiene alguna idea de los valores determinados para las crecidas extraordinarias, que tienen una importancia significativa en la duracin y el funcionamiento de la obra de toma, en estos casos se ha definido en 25 aos el tiempo de recurrencia, aspecto que tiene que ver con el costo de la obra. Sin embargo, estas obras han sufrido fuertes deterioros fundamentalmente en su sistema de disipacin de energa y esto est en directa relacin con las crecidas ya que los caudales esperados son mucho mayores a los calculados. Un caso interesante es el de la toma de Laimia, en la cual la rejilla ha sido arrancada por la fuerza del ro y arrastrada 300m aguas abajo. Arrastre de Sedimentos Este aspecto est en directa relacin con el comportamiento de la cuenca, las zonas potenciales erosionables, el comportamiento hidrolgico y las pendientes de los tributarios y el torrente principal. Las tomas tirolesas se encuentran ubicadas en torrentes con fuerte pendiente, susceptibles a producir erosin. Sera ideal antes de construir una obra de toma, realizar el estudio integral de la cuenca de aporte e intervenir sta de acuerdo a las diferentes alternativas tcnicas comparadas con la factibilidad econmica, para poder minimizar los riesgos; sin embargo este criterio es prcticamente imposible de aplicar debido a que los costos son altsimos e inviabilizaran cualquier proyecto. Prcticamente en todas las obras estudiadas existe el problema de arrastre de sedimentos, fundamentalmente en la poca de lluvias donde se presentan crecidas intempestivas que cubren con sedimentos la obra de toma, o desvan el curso del ro, aspecto que tiene importancia en los costos de mantenimiento. La forma ms adecuada de paliar este problema de manera econmica es construir obras de control del torrente en pequeos tramos aguas arriba y abajo de la obra de toma. Caudales Mnimos Se ha podido percibir que en tomas ubicadas en fuerte pendiente como el caso del Khora Tiquipaya y Apote existe una gran cantidad de sedimentos que tienen un comportamiento muy variable, con perodos de sedimentacin y erosin, donde se

producen islas de sedimentos y pequeos canales. Cuando las rejillas de las tomas se encuentran ubicadas parcialmente en la seccin del torrente, es difcil controlar el flujo hacia este sector, por lo que se requiere de mantenimiento continuo, aspecto que se observa con mucha frecuencia en tiempo de estiaje donde los caudales son mnimos y se requiere captar la mayor cantidad de agua. Por este motivo se puede asegurar que para garantizar el aprovechamiento de caudales mnimos es necesaria la construccin de obras de control de torrente. 1.4 CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA TOMA Una de las caractersticas de vital importancia que se ha podido percibir en la construccin de las obras tirolesas es la falta de obras de control del torrente. Esto quiere decir que se debe tratar de controlar la pendiente del fondo del torrente para evitar que las obras de disipacin colapsen, como en el caso de las tomas de Apote y Khora Tiquipaya. Este aspecto podra obviarse s lamente en el caso de existir bed rock en el tramo donde est ubicada la toma como en caso de Laimia. En algunos casos como el de las tomas de Khora Tiquipaya y Apote se han utilizado para las estructuras de disipacin gaviones que son fcilmente destrozados por el golpe de las piedras. Las estructuras de tomas tirolesas no pueden ser localizadas solo en un tramo de la seccin transversal del torrente, sino en toda su longitud, esto se refiere fundamentalmente al azud, ya que el ro busca el lugar ms dbil para concentrar el flujo y as poder desviar el flujo del agua tal como se comport en la toma de Apote. Debido a que los torrentes en la poca de crecidas arrastran una gran cantidad de piedras de gran dimetro, no es recomendable la utilizacin de gaviones, sin embargo en caso de utilizar este material, debe ser protegido por troncos o callapos en la zona de impacto, o ser recubiertos por una capa de hormign armado o de hormign simple. La caja de la galera donde se recibe el agua de las rejillas debe construirse de hormign armado, con la armadura de esta estructura soldada y trabada al marco de la rejilla. Este marco debe ser de plancha de acero de un mnimo de 0.15 por 0.15 m en perfil angular, donde debe apoyarse la base de la riel y esta a su vez debe ser soldada. La rejilla debe ser construida con rieles, que han dado un excelente resultado. En la medida de las posibilidades el azud debe tener en su cresta (cimacio) hormign armado ya que el hormign ciclpeo sufre un desgaste muy acelerado. Se debe tener mucho cuidado con la dosificacin. Los muros de encauce deben ser como mnimo de hormign ciclpeo y estar diseados y construidos con una cimentacin slida para evitar problemas de socavamiento y de abrasin.

1.5 CRITERIOS DE GESTIN DE AGUA QUE ORIENTAN EL DISEO Y

CONSTRUCCIN La capacidad de operar y mantener el sistema es posiblemente el factor ms importante que regula el diseo de sistemas de riego en la zona montaosa. La determinacin de las habilidades de mantener la infraestructura debe considerarse cuando se selecciona una alternativa de las muchas opciones de diseo. Seleccionar la estructura correcta no es suficiente, el riego no ser posible si no se establecen claramente los acuerdos, normas, reglas para la gestin del sistema de riego mejorado. Por lo mencionado, la evaluacin sobre la adaptabilidad del "diseo de la infraestructura y gestin" a la capacidad de gestin de la organizacin puede realizarse a travs del anlisis de dichos criterios, siendo estos los siguientes: Comprensin: Un sistema de riego es compresible cuando todos los usuarios (hombres, mujeres, nios, ancianos) entienden el funcionamiento de la infraestructura y la gestin del sistema de riego. Todos entienden y asume las bases para la asignacin de agua, todos puedan entender y participar en la operacin/distribucin del agua y adicional mente mantener la infraestructura. En nuestro caso, en el que analizamos las tomas tirolesas es necesario separar dos situaciones, cuando la toma capta agua de una sola fuente y de varias fuentes. En el primer caso como ocurre en Laimia, por la simplicidad de la obra, su funcionamiento es comprensible para todos los usuarios, aunque el grado de comprensin es variable. Son los dirigentes, jueces de agua y los usuarios que recogen el agua los que comprenden mejor el funcionamiento de la obra, pero esto se debe a su mayor relacionamiento con la obra. En la segunda situacin (caso Kora Tiquipaya y Apote), la comprensin tiene ms limitaciones por las actividades que demanda: captar simultneamente diferentes fuentes, separar cada fuente, conocer - controlar turnos, etc., estos aspectos hacen que el conocimiento se concentre en los que tienen inmediata relacin con la toma como ser tomero, juez de agua, dirigentes. El resto de los usuarios tambin tiene conocimiento, pero en menor grado. El hecho de que se concentre el conocimiento en algunos, podra derivar en una concentracin de poder y abuso, por consiguiente, es bueno que durante el diseo se establezcan mecanismos de control. Minimizacin de Conflictos: Se entiende como la capacidad para evitar conflictos, siendo esta una caracterstica de los sistemas de riego bajo gestin campesina. La infraestructura de este tipo de sistemas contribuye a este criterio, tal como indica Vermillion citado por Yoder (1989), los agricultores prefieren minimizar la divisin de canales y los niveles dentro de la jerarqua de las redes. En Bolivia por ejemplo

existe la prctica de la construccin de canales en forma radial, de manera que la distribucin tambin sea transparente, pues evitan mediciones de flujo. Haciendo referencia a nuestro tema de investigacin, las tomas que captan aguas de diversas fuentes como el caso de Khora Tiquipaya12 si bien han disminuido los trabajos de reconstruccin de cada una de las tomas rsticas, con la toma tirolesa nica existen algunos problemas relacionados con el reparto de agua por la ausencia de aforadores, que podan haber sido previstos en el diseo y construccin de la obra. Adems, la presencia de aforadores hubiese permitido que el funcionamiento de la obra sea ms comprensible. 12 Antes de la construccin de la toma tirolesa, cada fuente de agua tena su propia toma rstica Equidad: Entendemos por equidad con relacin a la infraestructura, si la infraestructura existente permite hacer uso de los derechos al agua en iguales condiciones para todos los usuarios. Al ser la toma una obra de beneficio comn, con la construccin no se altera este principio, excepto cuando no se haya tomado en cuenta a determinados grupos de usuarios, cosa que no sucedi en ninguno de los casos estudiados. Tambin es importante considerar la distribucin de las responsabilidades del mantenimiento de las obras en funcin al beneficio que tiene cada uno, pues esto permitir la equidad en el sistema mej6rado. Sin embargo, es imprescindible tomar en cuenta que es lo que los campesinos entienden por equidad. Capacidad de Uso y Control: se entiende como la aptitud de la gente para hacerse cargo de la tecnologa introducida para lo cual se requiere: organizacin, conocimiento y dinero. Las deficiencias o limitaciones de las obras de toma tirolesas construidas, especialmente relacionadas con la posibilidad de mantenimiento, limita la capacidad de control, tal como se ha indicado en un captulo anterior. Esta limitacin en la capacidad de control hace que la obra se vaya deteriorando paulatinamente, hasta ser destruida como ocurri en la toma de Toralapa y Laimia. En el caso de Kora Tiquipaya el control que estn ejerciendo los usuarios para mantener la obra est basado en ensayos de prueba y error (colocacin de gaviones, reforzamiento con tierra y piedra), lo que deriva en un posible colapso de la obra, puesto que las prcticas que realizan son ms que todo medidas paliativas. Una obra bien construida, aumentara las posibilidades de control y disminuira las inversiones de mano de obra y dinero destinados a las actividades paleativas. En el caso de Toralapa y Laimia el mantener su respectiva obra de toma han rebasado las capacidades organizativas de los usuarios, cuya consecuencia es la destruccin de las mismas. El cambio de una toma rstica a una toma tirolesa ha

demandado mayores requerimientos, ms all de sus capacidades, hasta que como en el caso de Toralapa, al no contar con los recursos suficientes han solicitado una nueva intervencin. Lo indicado permite concluir que la introduccin de una obra de toma puede crear dependencia econmica y dependencia de conocimiento. De cualquier manera la dependencia econmica es ineludible, los usuarios tendrn que hacer un aporte econmico tarde o temprano. Lo importante es que esos aportes sean bien utilizados. El buen uso de los mismos va a depender del conocimiento que tengan los usuarios para mantener su sistema. Esto significa que no solamente se requiere de un manual de mantenimiento como se suele sugerir en los proyectos, sino adicionalmente una preparacin prctica a todos los usuarios. Flexibilidad: La flexibilidad se entiende como la capacidad de la red fsica del sistema de adecuarse para poder responder a las necesidades cambiantes de agua de los usuarios. En el caso de las tomas estudiadas, en general stas responden a las necesidades de los usuarios, aunque ya no es posible realizar la prctica del lameo. Adems, el diseo fsico o de infraestructura es flexible cuando permite captar flujos altos y bajos, en los casos estudiados, en pocas de crecidas se colmatan las galeras de las tomas, evitando un uso del agua. En poca de mxima escasez de agua, para funcionar la obra requiere de labores adicionales para encauzar el flujo hacia la toma. Funcionalidad: La funcionalidad de una obra est relacionada con el cumplimiento del objetivo de los usuarios para lo cual se ha construido la misma. Una toma puede tener el objetivo de: captar mayor agua, disminuir la mano de obra invertida en la reconstruccin permanente, asegurar la disponibilidad de agua en poca seca y de lluvias, reducir vigilancia y otros. O tambin puede existir el caso de una combinacin de objetivos. En el caso de las tomas de Millu Mayu y Khora Tiquipaya se podra indicar que las tomas cumplen con su funcin, los usuarios aceptan la obra porque ha permitido la reduccin de mano obra en la reconstruccin (aunque hay demanda de mano de obra para el mantenimiento), asegura la captacin de agua disponible, ha reducido la necesidad de vigilancia. Contrariamente, en los casos de Torapala y Laimia, las obras de toma al estar inhabilitadas, no estn cumpliendo con su funcin, aunque en sus inicios pudieron cumplir con los fines para los que fueron construidas. Por las condiciones climticas de nuestra zona, en el periodo de lluvias existe la necesidad de complementar con riego los requerimientos hdricos de los cultivos, sin embargo, existe la idea generalizada que en este periodo no se requiere de riego. Es justamente en este periodo que las reas cultivadas son generalmente mayores a las de la poca seca, razn por la cual, la obra de toma debe ser funcional para responder a las necesidades de poca de lluvias y de poca seca. Los casos investigados muestran que en la poca seca existen fechas indicativas de

siembra y cosecha y por ende fechas determinantes de oportunidad de riego durante el desarrollo de los cultivos. Esto con el objetivo de que la produccin se acomode a los requerimientos del mercado, a la diversificacin de productos de consumo para la familia, a la reduccin de riesgos (heladas) y otros. Este anlisis permite observar que la obra de toma deber responder a estos requerimientos para ser funcional. Sostenibilidad: es entendido como la habilidad para movilizar recursos propios (conocimiento, dinero, mano de obra, material) de los usuarios para responder a la necesidad permanente de continuar operando y manteniendo el sistema de riego mejorado. Difiere del concepto de durabilidad de la obra. El aporte econmico por usuario es menor cuando mayor es el nmero de usuarios de un sistema, lo que permite contar con recursos inmediatos. En cambio, cuando el nmero de usuarios es menor los aportes econmicos son mayores, lo que dificulta atender los requerimientos de la obra debilitando las posibilidades de sostenibilidad En los casos analizados, Khora Tiquipaya y Millu Mayu tienen mayores posibilidades de ser sostenibles, porque cuentan con una organizacin mayor (Asociacin de regantes) que albergan a varios comits, a su vez gran nmero de afiliados. Este tipo de organizaciones tiene mayores posibilidades de relacionarse con instituciones como el municipio, ONGs y entidades financieras, para obtener recursos y asistencia tcnica que responda a cualquier requerimiento de la obra. Adems, estas organizaciones cuentan con mayor aceptacin o reconocimiento por el medio debido a la importancia del riego y por el nmero de usuarios que aglutina. En cambio en los casos de organizaciones pequeas, todos los aspectos indicados en el prrafo anterior ocurren con menor intensidad, lo que va a repercutir en las posibilidades de sostenibilidad. Adems, como en el caso de Laimia, la organizacin de riego est supeditada por una organizacin mayor que no es especfica de riego (sub central campesina), lo que dificulta el obtener recursos econmicos, por ejemplo de la participacin popular de manera directa para cuestiones relacionadas con la infraestructura. La sostenibilidad de un sistema, tambin est afectada por las migraciones temporales, aspecto que impide que se cuente con mano de obra de manera inmediata, por lo general los jvenes y personas de mediana edad tienden a migrar, quedando los nios, mujeres y ancianos. Esta situacin obliga a que durante el diseo de la infraestructura se analice las posibilidades de mantenimiento tomando en cuenta el tipo y disponibilidad de mano de obra o fuerza de trabajo. Asimismo, esta situacin conlleva a que muchas veces las decisiones e intervencin oportuna se posterguen hasta cuando vuelvan los que han migrado para tomar decisiones de manera conjunta, que muchas veces es a destiempo. La sostenibilidad de la obra tambin est afectada por la diversidad de "usuario" (propietario, partidario, jornalero), as por ejemplo la respuesta y grado de compromiso de un propietario ser diferente a la de un jornalero, puesto que sus

objetivos de participar en este trabajo son diferentes. La participacin de los usuarios durante todo el proceso de diseo contribuir en la sostenibilidad de la obra. El usuario puede contribuir con conocimiento de experiencias locales y conocimiento de su medio (por ejemplo informacin sobre comportamiento del ro en diferentes pocas del ao). Por otra parte, en la etapa de ejecucin la intervencin de los usuarios con mano de obra permitir que stos tengan conocimiento del proceso constructivo y adquieran prcticas constructivas que luego facilitarn los trabajos de mantenimiento y/o reparaciones. Asimismo, la participacin de los usuarios en la supervisin o seguimiento a las actividades de construccin posibilitara asegurar la calidad de la obra, efectuar ajustes o cambios oportunos y adquirir conocimientos "tcnicos" para poder mantener la obra. Tambin en la etapa de ejecucin se debera explicar y efectuar prcticas con los usuarios sobre las actividades inherentes a la operacin y mantenimiento de la obra, denotando los peligros o riesgos que podra tener la obra en ausencia de dichas prcticas.